Сводка лекций

51

норма). На поверхности металла образуется защитный слой (пленка), экранирую-

щий металл и агрессивность воды (нагретой) снижается (подщелачивание). Досто-

инства метода: малые габариты установок, простота дозирования, низкая стоимость реагента. Схема установки силикатирования и принцип ее работы разобрать само-

стоятельно по учебному пособию.

Тепловая сеть системы энергоснабжения. (5, с.136..150)

Вопрос 32. Задачи и основные положения гидравлического расчета тепловой сети. (4, с.3..5)

Гидравлический расчет – важнейший этап проектирования и эксплуатации трубопроводов. Его задачи – определить:

-диаметры трубопроводов;

-падение давления (напор) по длине трубопроводов;

-давление в любой точке сети;

обеспечить допустимые и необходимые напоры в сети и у абонентов.

Гидравлический расчет позволяет:

1)определить стоимость монтажа сети;

2)установить характеристики насосов (подпиточных и циркуляционных), их количество и размещение;

3)рассчитать схемы присоединений потребителей тепла;

4)выбрать авторегуляторы для тепловой сети и потребителей тепла;

5)разработать экономичные режимы эксплуатации;

6)рассчитать возможный радиус передачи тепла.

При расчете задаются схема и профиль (по рельефу) тепловой сети, размеще-

ние станции, потребителей и их расчетные нагрузки.

Тепловая сеть включает в себя трубопроводы, тепловую изоляцию, запорную и регулировочную арматуру, насосные подстанции, авторегуляторы, компенсаторы тепловых удлинений, дренажные и воздухоспускные устройства, опоры, камеры об-

служивания и строительные конструкции.

Гидравлический расчет для определения диаметра труб выполняется на рас-

четные суммарные зимние расходы теплоносителя (по всем нагрузкам). При дубли-

рованных (т.е. прокладка параллельного трубопровода) или кольцевых (перемычки

52

между магистралями) схемах производятся также проверочные расчеты на аварий-

ный режим, при котором минимальный расход теплоносителя должен обеспечивать неотключаемые тепловые нагрузки. Потери давления при транспортировке тепло-

носителя в существующих сетях определяются путем испытаний.

Величина эквивалентной шероховатости внутренней поверхности стальных труб при определении коэффициента гидравлического трения трубопровода прини-

мается:

-для водяных тепловых сетей - kэ=0,0005 м;

-для паропроводов - kэ=0,0005 м;

-для конденсатопроводов - kэ=0,001 м.

При расчете проектируемой сети удельные потери давления на трение Rл оп-

ределяются на основании технико-экономических расчетов. Допускается принимать линейные Rл :

- для магистральных участков сетей (от исходного до наиболее удаленного по-

требителя) в пределах 40-80 Па/м;

-для распределительных сетей и ответвлений к зданиям по располагаемому перепаду давлений, но не более 295 Па/м;

-для паропроводов по располагаемому перепаду давлений;

-для напорных конденсатопроводов до 98 Па/м.

Вопрос 33. Схемы и конфигурации тепловых сетей. (4, с.5..6)

Основные принципы выбора схемы тепловой сети – надежность и экономич-

ность.

Схема сети зависит от:

- размещения источника теплоты (ТЭЦ, котельная) по отношению к потреби-

телю;

-графиков теплопотребления;

-рода теплоносителя.

Пар как теплоноситель используется главным образом для обеспечения техно-

логических нагрузок предприятий, число которых сравнительно невелико и поэтому

53

протяженность паровых сетей на единицу тепловой нагрузки обычно невелико. Если же для потребителя допустимы кратковременные (до 24 ч) перерывы подачи пара,

экономичным и надежным решением является однотрубный (без резервирования)

паропровод с конденсатопроводом.

Водяные сети обслуживают множество потребителей, расположенных на большой площади, тепловая нагрузка распределена (не концентрирована) и выбор схемы водяных сетей более сложен. Водяные сети менее долговечны, чем паровые из-за более интенсивной наружной коррозии стальных трубопроводов подземных сетей. Кроме того, водяные сети более чувствительны к авариям из-за большой плотности теплоносителя.

Водяные сети четко разделяют на магистральные и распределительные. Маги-

стральные соединяют источники теплоты с районами теплопотребления (а также между собой). К ним присоединяются распределительные сети и в этом месте со-

оружаются секционирующие камеры, чтобы уменьшить потери воды при авариях

(секционирующие задвижки через 2-3 км).

При проектировании водяных сетей от одного источника рекомендуется вы-

брать простую радиальную сеть (минимум капиталовложений и простота в эксплуа-

тации). Однако для резервирования теплоснабжения потребителей выбираются ра-

диальные сети с перемычками, соединяющими середины или конечные точки ради-

альных магистралей – так называемые кольцевые сети (рис. 19). Такие сети выби-

раются редко, т.к. дороги (перемычки повышенного диаметра, выбираются по ре-

зервному расходу).

В городах целесообразно применять радиальную схему с пе-

ремычками, диаметры которых рас-

считываются только на резервиро-

вание летней нагрузки горячего во-

доснабжения, а увеличения диамет-

ров радиальных магистралей не требуется. Если источников город-

ского теплоснабжения несколько,

предусматриваются блокировочные

54

связи между ними или кольцевые линии, соединяющие основные магистрали всех источников.

В схеме тепловой сети необходима установка запорной арматуры на всех вы-

водах магистралей со станции, на всех ответвлениях от магистрали, на всех або-

нентских вводах. Если ответвление длиной менее 30 м, допускается только задвижка у абонента. На длинных транзитных водяных магистралях, не имеющих ответвле-

ний, должны через 2-3 км устанавливаться секционирующие задвижки. На паровых транзитных магистралях секционирующие задвижки не устанавливаются.

Вопрос 34. Определение расхода теплоносителя в водяной тепловой сети. (4,

с.6..11)

Диаметры трубопроводов определяются по максимальному (зимнему) расчет-

ному расходу теплоносителя в сети (сумма расчетных расходов на О, В, ГВ).

Эти расходы зависят от схемы присоединения местной системы отопления к тепловой сети.

Для примера рассмотрим независимую схему (закрытая система ГВ) как наи-

более распространенную.

1) Отопительная нагрузка (тепловая):

Qop

Go cв( 1ор ( 2ор 10)),

где Go - расчетный зимний расход сетевой воды на отопление, кг/с; Qop Qo

- расчетный расход тепла на отопление, кВт; cв - теплоемкость воды,

4187 Дж/(кг К); 1ор ( 2ор) – расчетная температура на отопление сетевой воды в подающем (обратном) трубопроводе (по зависимой схеме). Считается, что из-за бойлера температура воды в обратном трубопроводе должна быть на 10оС выше,

чем в зависимой схеме.

2) Вентиляционная нагрузка (независимая схема):

При tнвр tнор , где tнвр - расчетная температура наружного воздуха по венти-

ляции, tнор - расчетная температура наружного воздуха по отоплению,

55

Qвp

Gв cв( 1ор ( 2ор 10)),

где Gв - расчетный расход сетевой воды на вентиляцию, кг/с; Qвp Qв - рас-

четный расход тепла на вентиляцию, кВт;

При tнвр,

Qвp

Gв cв( 1вр ( 2вр 10)),

где 1вр ( 2вр) – расчетная температура сетевой воды в подающем (обратном)

трубопроводе (при tн tнвр).

3) Нагрузка ГВ при закрытой системе, отопительном температурном графике,

установке местных баков-аккумуляторов и параллельной схеме присоединения:

	Qср
Gгв	г	,
	cв( 1о 2г)
где G - расчетный зимний расход сетевой воды на ГВ, кг/с; Qср			- расчетный
гв		г

средний зимний расход тепла на ГВ, кВт; 1о - температура сетевой воды в точке излома отопительного графика при tни в подающем трубопроводе; 2г - температу-

ра сетевой воды после параллельно включенного водонагревателя горячего водо-

снабжения в точке излома графика при tни .

Расчетный расход сетевой воды, подаваемой с ТЭЦ или из котельной на О, В,

ГВ, определяется следующим образом:

а) для закрытой системы

Gр Gо Gв Gгв ,

где - коэффициент попадания в максимум ГВ, =0,75-0,80 (не совпадают максимумы расходов у абонентов);

б) для открытой системы:

Gр Gо2 в Gо вGгв 0,5Gгв2

Т.к. расчетные расходы воды для подающей и обратной линии различны, од-

нако подающие и обратные линии сети проектируются одного диаметра, расчетный расход воды в этом случае должен выбираться из условия, чтобы суммарная потеря

56

напоров при расходе воды в подающей (Gо Gв Gгв) и обратной (Gо Gв) лини-

ях была рана суммарной потере при одинаковом расходе воды Gр .

Вопрос 35. Определение расхода теплоносителя в паровой тепловой сети. (4,

с.11..13)

Расчетный расход пара Dр на участке (насыщенный пар):

Dр D 0,5Dп Dп ,

где D - расчетный расход пара без учета расхода пара на тепловые потери

(конденсацию), Dп - расход пара на возмещение потерь тела на рассматриваемом участке, Dп - расход пара на возмещение потерь тепла участками паропровода,

расположенными между концевым потребителем и рассматриваемым участком.

	D			Q		,
		iп		x
					cвtк
			100

где Q - расход тепла у потребителя, кВт, iп - энтальпия пара у потребителя,

кДж/кг, cвtк - энтальпия конденсата (возвращающегося), кДж/кг, x - процент воз-

вращения конденсата, %.

D	qуд l (tср tо)	,
п	r

где qуд - удельная тепловая потеря паропроводом, Вт/(м·град), l - длина рас-

четного участка, r - теплота конденсации, соответствующая среднему давлению па-

ра на расчетном участке, кДж/кг, tср tнач tкон - средняя температура пара на

2

участке.

Зимние расчетные расходы конденсата определяют по максимальному коли-

честву возвращаемого потребителем конденсата. Для местных систем О, В и ГВ на пара это 100% от расхода пара. От технологических потребителей – по паспортным данным оборудования. В конденсатопроводах идет пароводяная смесь с паросодер-

жанием (степень сухости) x=5-15%.

57

Вопрос 36. Основные расчетные зависимости при гидравлическом расчете водяной сети. (4, с.13..17)

Потери давления на участке трубопровода:

P Pл Pм Rл lпр Rл(l lэ) Rл(1 )l , Па,

где Pл - потери на трение о стенки (линейные), Па;

Pм - потери в местных сопротивлениях, Па,

Pм Rл lэ ;

Rл - удельные (линейные) потери на трение, Па/м;

l - геометрическая длина участка, м;

lпр l lэ

- приведенная длина участка, м;

lэ l - эквивалентная длина местных сопротивлений, м;

- коэффициент местных потерь.

Для местных потерь: Pм

w2

Rлlэ,

2

где - плотность,

- сумма коэффициентов местных сопротивлений на

участке, w - скорость теплоносителя на участке,

- коэффициент местного сопро-

тивления.

Для линейных потерь исходное уравнение д’Арси: Pл

Rл l ,

где R

w2

0,812

G2

AB

G2

,

(*)

л

d 2

d5

R d5,25

d2

2

4G

2

16

G2

G2

(

1,621

т.к. G w

,

то w

)

,

4

d2

2

d4 2

d4 2

где d - внутренний диаметр трубы,

G - массовый расход, кг/с,

- коэффици-

ент гидравлического трения (безразмерный) – зависит от шероховатости стенки и режима течения (ламинарный/турбулентный), ARB 0,812 d0,25 - коэффициент для воды ( =1000 кг/м3) и Rл .

В тепловых сетях используются шероховатые трубы.

Абсолютная шероховатость стенки (высота выступов) большинства труб

(стальных) равна k =0,05-2 мм (разны диаметры d).

Относительная шероховатость – отношение kr (к радиусу трубы).

58

Коэффициент трения при малых Re wd максимален, с ростом Re мо-

нотонно уменьшается и если Re Reпр (предельного) достигает минимума и стано-

вится постоянным min f(Re). В переходной области 2300 Re Reпр коэффици-

ент трения зависит от эквивалентной относительной шероховатости kэ r или

kэ d и Re, если Re Reпр , то только от kэ d .

Эквивалентная относительная шероховатость реального трубопровода это та-

кая искусственная (условная) относительная шероховатость, коэффициент трения при которой в области Re Reпр такой же, как при реальной шероховатости в дан-

ном трубопроводе. На основании испытаний и СНиП П-36-75 рекомендуются зна-

чения абсолютной эквивалентной шероховатости:

-для водяных тепловых сетей - kэ=0,0005 м;

-для паропроводов - kэ=0,0002 м;

-для конденсатопроводов и сетей ГВ- kэ=0,001 м.

Предельное число Reпр рассчитывается: Reпр 568 d . kэ

Если Re Reпр , то по формуле А.Д.Альтшуля 0,11(kэ 68)0,2 . d Re

Если Re Reпр (турбулентный режим – обычный режим в сетях), то по фор-

муле Шифринсона 0,11(kэ )0,25 , P ~G2 . d

Для транспортировки воды (при плотности 1000 кг/м3) формула (*) преобразу-

ется:
- удельное падение давления R			л		AB			G2
									5,25
						R		d
- диаметр трубопровода d AB				G0,38
		d Rл				0,19
- пропускная способность трубопровода G AB R											0,5d2,625 .
										G	л
Значения AB	, AB	и AB даны в таблицах.
R	d	G

Суммарное падение давления в местных сопротивлениях:

w2

G2

59

w2

Pм

0,812

или Pм Pлэ Rл lэ

lэ .

d4

2

d 2

Эквивалентная длина местных сопротивлений – длина условного трубопрово-

да имеющего аналогичное линейное падение давления, т.к.

w2

w2

lэ

2

d

2

→ lэ

d

d d0,25

, т.к. 0,11(

kэ 0,25

)

.

0,11 kЭ0,25

d

Учтем, что Аl

9,091kэ0,25 . Тогда lэ Аl d1,25 .

Т.к. обычно сеть работает в турбулентном режиме (Re Reпр ), зависимость

P ~ H ~G2 ~w2

(квадратичная). Соответственно, измерив H

с

и G (в испыта-

c

ниях),

можно

определить H(G G )

или

G( H H

c

), т.е. H H

c

G2

,

G2

c

c

G G

H

.

c

Hc

Вопрос 37. Методика расчета тупиковой водяной тепловой сети. (4, с.17..21)

Транзитный (магистральный) трубопровод – неразветвленная сеть.

Известно: G (кг/с) и P (Па) на участке длиной l (м).
Задача: определить диаметр d (м).
1. Коэффициент местных потерь :
	i
AB					G			,
l					P	l
где i - известны все местные сопротивления,						0,01					, если i не извест-
										G

ны.

2. Удельная линейная потеря давления:

P

Rл (1 )l , Па/м.

3. Внутренний диаметр трубопровода (предварительный):

60

G0,38

d AdB Rл0,19 dГОСТ ...

4. Режим движения теплоносителя:

Re wd и Reпр 568 d .

kэ

5. Уточняют значение Rл :

Если

Re Re

пр

(квадратичная область), то R

л

A

B

G2

Па/м.

5,25

R

d

Re Reпр

w2

Если

(переходная область),

то

Rл

, где

2

d

0,11(kэ 68)0,2 .

dRe

6.Уточняют потерю давления:

P Rл(1 )l Rл lпр Rл(l lэ ), где lэ Аl d1,25 .

Магистральные трубопроводы обычно работают в квадратичной области

( P ~G2 ), ответвления к абонентам могут работать в переходной области.

Вопрос 38. Методика расчета разветвленной водяной тепловой сети. (4,

с.21..27)

Составляется схема сети с указанием длин участков, расходов в них, размеще-

ния запорной арматуры и других сопротивлений (местных). Выбирается направле-

ние главной магистрали от источника (станции) до того потребителя, на котором удельная линейная потеря давления минимальна Rл Pl. В отопительных сетях это обычно направление до наиболее удаленного потребителя. Главную магистраль рассчитывают последовательно, по участкам от дальнего потребителя к станции

(напор у потребителей известен или задан). Для начала задаются Rл 40..80 Па/м и ведется расчет магистрали (см. выше), начиная с п.3. Расход теплоносителя для за-

крытых и открытых сетей (см. выше). Затем находят суммарные потери давления для закрытых сетей ( Pпод Pобр), для открытых может быть Pпод Pобр , по участкам последовательно Рвх Рвых Р .... Ответвления рассчитываются как